大斷面黃土隧道施工關(guān)鍵技術(shù)

王華

摘 要：由于黃土具有多孔隙性、垂直節(jié)理發(fā)育、層理不明顯、透水性強以及濕陷性黃土的濕陷性5個方面的特征，在黃土地區(qū)修建隧道、尤其是大斷面隧道時，黃土對隧道可能產(chǎn)生諸多不利的影響，甚至威脅到隧道的穩(wěn)定安全，如果施工過程中，所采用的施工方法、支護措施、監(jiān)控量測手段以及危險應(yīng)急預(yù)案措施不當(dāng)或者不到位，那么極有可能出現(xiàn)一系列不良的影響。該文通過對大量工程實例方面文獻(xiàn)的分析，總結(jié)了在黃土地區(qū)修建大斷面隧道的幾項關(guān)鍵施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：黃土 隧道施工 大斷面 關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（b）-0047-02

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國高速鐵路、高速公路網(wǎng)在不斷加密，尤其是隨著施工技術(shù)的發(fā)展，遇到山體等障礙物時修建隧道通過使線路的長度大幅縮短，并且提高了運營的安全性和舒適性。隨著高速鐵路的建設(shè)，隧道的數(shù)目也越來越多，隧道的斷面也在不斷加大，這都導(dǎo)致了隧道施土難度的成倍增加，特別是在黃土等自穩(wěn)性較差的地層中修建隧道，其難度也將更大[1]。黃土具有多孔隙性、垂直節(jié)理發(fā)育、層理不明顯、透水性強以及濕陷性黃土的濕陷性5個方面的特征，導(dǎo)致在該地區(qū)的隧道工程施工中存在著一定的困難和特殊性[2]。隨著鄭西客運專線的建設(shè)，中國己經(jīng)建成了大量的開挖面積在160 m2的高速鐵路雙線黃土隧道。科研人員對大斷面黃土隧道施工的過程中控制技術(shù)方面進行了大量的研究，并且取得了大量的研究成果[3-6]，提出了不設(shè)拱部系統(tǒng)錨桿的支護措施，以及三臺階七步開挖法和變形控制標(biāo)準(zhǔn)等新技術(shù)，并且在實際工程中得到了應(yīng)用。

1 黃土對隧道施工的影響

1.1 垂直節(jié)理的影響

黃土中存在較為發(fā)育的垂直節(jié)理，破壞了圍巖的完整性，在隧道開挖卸荷的過程中，土體更容易發(fā)生局部破壞甚至塌方。

1.2 黃土沖溝的影響

當(dāng)隧道沿著黃土沖溝走向時，如果支護措施不當(dāng)，可能會產(chǎn)生較大的隧道塌方、掌子面滑塌等災(zāi)害。

1.3 黃土溶洞及陷穴的影響

在黃土地區(qū)，溶洞和陷穴是經(jīng)常見到的不良地質(zhì)現(xiàn)象，若隧道修建在其上方，則容易造成隧道基礎(chǔ)的下沉；若隧道修建在其下方，則隧道有發(fā)生冒頂?shù)奈ｋU；若隧道修建在其臨側(cè)，則隧道有可能承受較大的偏壓，使圍巖和襯砌處于不利的受力狀態(tài)。

1.4 水的影響

由于黃土在干燥時穩(wěn)固性很好，承載能力較高，但是當(dāng)黃土浸水后，由于濕陷性黃土的濕陷性，黃土的強度急劇下降，會突然出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，開挖后的圍巖很快喪失自穩(wěn)能力。若支護不及時，極有可能造成隧道的失穩(wěn)坍塌。

2 黃土隧道施工關(guān)鍵技術(shù)

由于黃土自身的工程特性，對隧道施工會造成各種不利的影響，因此在黃土地區(qū)修建隧道，尤其是大斷面隧道時，應(yīng)當(dāng)采取特殊的施工措施來保證隧道施工的穩(wěn)定與安全。

2.1 做好施工前的調(diào)查

由于黃土的特殊性，在黃土地區(qū)修建隧道之前，需要先做好工程地質(zhì)的調(diào)查，了解隧道所經(jīng)過區(qū)域的黃土的種類、節(jié)理的產(chǎn)狀與分布、形成年代、工程性質(zhì)、地下水的情況、地表水的情況、對隧道施工可能產(chǎn)生的不利影響等，然后制定出合理的應(yīng)對措施。

2.2 選擇合理的開挖方式

在大斷面黃土隧道的修建中選擇合理的開挖方式至關(guān)重要，這是因為在大斷面黃土隧道的施工過程中圍巖可能會產(chǎn)生較大的變形現(xiàn)象，從而可能對施工現(xiàn)場以及施工人員、機械的安全產(chǎn)生威脅。所以在開挖的過程中應(yīng)當(dāng)遵循化大斷面為小斷面，分部開挖和支護的施工原則[7]。在有偏壓的淺埋隧道V級圍巖時，為了有效地控制沉降，往往需要采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。對于黃土隧道應(yīng)當(dāng)根據(jù)圍巖級別和施工條件選擇不同的施工方法，通過大量的研究表明，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在控制地表下沉方面要優(yōu)于中隔壁法，中隔壁法在控制地表沉降方法要優(yōu)于上下臺階法[8]。但是由于每一種開挖方法都具有自身的優(yōu)缺點，在具體選用時應(yīng)當(dāng)考慮圍巖條件、施工安全、環(huán)境條件、工期、隧道埋深、工程造價等諸多因素，綜合考慮確定。

2.3 支護技術(shù)

在黃土隧道支護結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)遵循“早封閉、強支護”的基本原則。黃土隧道由于其特殊性，支護采用“格柵鋼拱架、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土和模筑混凝土”組成的復(fù)合式襯砌，很多學(xué)者對黃土隧道支護參數(shù)進行了大量研究的基礎(chǔ)上提出，取消拱部系統(tǒng)錨桿、加強拱架鎖腳等，這在一定程度上使初期支護的閉合時間大大縮短，對于控制圍巖變形和隧道的整體下沉較為有利。在施工中，可以采用加厚初期噴射混凝土的厚度，結(jié)合大規(guī)格的格柵鋼拱架來提高支護結(jié)構(gòu)的支護效應(yīng)。

2.4 實現(xiàn)信息化施工

在進行黃土隧道的施工中，應(yīng)當(dāng)使隧道的變形處于監(jiān)控的狀態(tài)，以便于隨時了解圍巖和支護結(jié)構(gòu)的變形情況，及時采取有效的措施，這也是信息化施工的一項必要要求。在黃土隧道施工中，監(jiān)控量測應(yīng)當(dāng)?shù)玫街匾暋１仨氂姓J(rèn)真負(fù)責(zé)的專業(yè)人員做好監(jiān)控量測工作，采用先進的量測技術(shù)手段，對隧道施工全過程進行監(jiān)測，同時應(yīng)當(dāng)及時掌握地下水以及地面水可能會給隧道的施工帶來的不利影響。對于量測的相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)及時處理，分析圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，并盡快將所得結(jié)果反饋到施工中，使施工技術(shù)人員對隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)有較為準(zhǔn)確的了解，以保證隧道施工中施工人員的生命財產(chǎn)安全。

3 結(jié)論

該文通過研究大斷面黃土隧道的施工關(guān)鍵技術(shù)，可以得出如下結(jié)論。

（1）由于黃土的特殊性，在黃土區(qū)修建隧道時，選擇合理的施工方法至關(guān)重要，根據(jù)圍巖條件，優(yōu)先選用分部開挖法。

（2）在黃土區(qū)域修建隧道時，在施工前應(yīng)當(dāng)進行詳細(xì)調(diào)查，盡可能地使一切不利因素都在掌握之中。

（3）黃土隧道應(yīng)當(dāng)遵循“早封閉、強支護”的基本原則。

（4）在黃土隧道施工之前和施工過程中，應(yīng)當(dāng)注意做好隧道的防排水工程，盡量減少水對黃土隧道施工的影響。

（5）實現(xiàn)信息化施工，加強隧道的監(jiān)控量測，使隧道每時每刻的工作狀態(tài)都處于可監(jiān)管狀態(tài)，形成“施工—設(shè)計—監(jiān)測”一體化。

參考文獻(xiàn)

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[8] 王一新，姚小平，岳華，等.黃土地區(qū)軟弱圍巖隧道施工技術(shù)[J].鐵道建筑，2016（6）：76-79.